如何实现支持可变迭代器的容器？

Question

我想设计一个支持可变迭代器的玩具容器类,但是我无法整理迭代器的生命周期及其对容器的引用.

我试图创建一个最小的非编译示例:

struct Payload {
    value: i32,
}

struct Container {
    val: Payload,
}

struct IterMut<'a> {
    cont: &'a mut Container,
    cnt: i32,
}

impl<'a> Container {
    fn new() -> Container {
        Container { val: Payload { value: 42 } }
    }
    fn iter_mut(&'a mut self) -> IterMut<'a> {
        IterMut {
            cont: self,
            cnt: 10,
        }
    }
}

impl<'a> Iterator for IterMut<'a> {
    type Item = &'a mut Payload;

    fn next<'b>(&'b mut self) -> Option<Self::Item> {
        self.cnt -= 1;

        if self.cnt < 0 {
            return None;
        } else {
            Some(&mut self.cont.val)
        }
    }
}

fn main() {
    let mut cont = Container::new();

    let mut it = cont.iter_mut();
    it.next();
}

上面的目的是实现一个真正的愚蠢的容器,它在迭代使用时返回相同的项目10次iter_mut().

我无法弄清楚如何实施Iterator::next.

我确实设法编写了一个常规函数,它实现了与我想要的相同的语义next:

fn manual_next<'a, 'b>(i: &'a mut IterMut<'b>) -> Option<&'a mut Payload> {
    i.cnt -= 1;

    if i.cnt < 0 {
        return None;
    } else {
        Some(&mut i.cont.val)
    }
}

这没有用,因为我无法设法使其适应实现Iterator::next,如果没有实现Iterator,我的容器不能在for循环中迭代,这是我想要的.

Answer 1

不可能按原样实现迭代器,因为它允许您获得对同一项的多个可变引用,从而破坏了Rust的别名/借用规则.借用检查器发现错误的好事!:-)

例如,扩展您的main示例:

fn main() {
    let mut cont = Container::new();

    let mut it = cont.iter_mut();
    let alias_1 = it.next();
    let alias_2 = it.next();
    // alias_1 and alias_2 both would have mutable references to cont.val!
}

其他iter_mut迭代器(例如矢量/切片上的一个)会在每个步骤上返回对不同项的引用,因此不会出现此问题.

如果你真的需要迭代逻辑上可变的东西,你可能能够不可变地迭代,但通过RefCell或使用内部可变性Cell.

manual_next函数编译的原因是你没有被约束到Iterator::next签名,实际上调用一次是非常安全的(或者如果不保留结果则更安全).但是,如果您尝试保存结果,它会保持IterMut可靠的借用,您无法再次调用它:

let mut cont = Container::new();

let mut it = cont.iter_mut();
let x = manual_next(&mut it);
manual_next(&mut it);  // Error: `it` is still borrowed mutably

操场

相比之下,Iterator::next有一种类型可以使事物collect变成矢量.